KR102020301B1 - 터치표시장치의 터치 센싱 방법 및 터치회로 - Google Patents

터치표시장치의 터치 센싱 방법 및 터치회로 Download PDF

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Abstract

본 실시예들은, 터치표시장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 다수의 터치 전극을 내장하는 표시패널과, 표시패널의 하부에 위치되는 커버 버텀(Cover Bottom)을 포함하되, 터치 포스 센싱을 위하여, 표시패널과 커버 버텀 사이에는 터치 포스 센싱 용도의 갭이 적어도 하나 존재하고, 커버 버텀에는 특정 전압이 인가되는 터치표시장치에 관한 것이다. 이에 따라, 터치표시장치는, 사용자의 터치 발생 시, 터치 위치를 센싱하는 것뿐만 아니라, 사용자가 터치 시 디스플레이 패널을 누르는 터치 포스(Touch Force)를 센싱할 수 있고, 이를 통해, 더욱 다양한 기능을 제공해줄 수 있다.

Description

터치표시장치의 터치 센싱 방법 및 터치회로{TOUCH SENSING METHOD OF TOUCH DISPLAY DEVICE, AND TOUCH CIRCUIT}
본 실시예들은 터치표시장치의 터치 센싱 방법 및 터치회로에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 화상을 표시하기 위한 디스플레이 장치에 대해 요구가 다양한 형태로 증가하고 있으며, 액정 디스플레이 장치, 플라즈마 디스플레이 장치, 유기발광 디스플레이 장치 등의 다양한 타입의 디스플레이 장치가 활용되고 있다.
또한, 디스플레이 장치들 중에서, 스마트 폰, 태블릿 등과 같은 모바일 디바이스와, 스마트 텔레비전 등의 중대형 디바이스 등은 사용자 편의와 디바이스 특성 등에 따라 터치 방식의 입력 처리를 제공하고 있다.
이러한 터치 처리가 가능한 디스플레이 장치는 더 많은 다양한 기능을 제공할 수 있도록 발전되고 있으며, 사용자 요구 또한 더욱 다양해지고 있다.
하지만, 현재 적용되고 있는 터치 처리는, 사용자의 터치 위치(터치 좌표)만을 센싱하고 센싱된 터치 위치에서의 관련 입력 처리를 수행하는 방식으로서, 다양한 종류의 많은 기능들을 다양한 형태로 제공하고 다양한 사용자 요구를 충족시켜 주어야 하는 현재 상황에는 한계가 있는 실정이다.
본 실시예들의 목적은, 다양한 기능을 다양한 형태로 제공하기 위하여, 사용자의 터치 발생 시, 터치 좌표(위치)를 센싱하는 것뿐만 아니라, 사용자가 터치 시 디스플레이 패널을 누르는 터치 포스(Touch Force)를 센싱할 수 있는 터치표시장치의 터치 센싱 방법 및 터치회로를 제공하는 데 있다.
본 실시예들의 다른 목적은, 기존 구성들을 터치 포스 센싱을 위한 포스 센서로 활용함으로써, 별도의 포스 센서를 구성하지 않아도 되기 때문에, 컴팩트 하고 제작이 용이한 터치표시장치의 터치 센싱 방법 및 터치회로를 제공하는 데 있다.
일 측면에서, 본 실시예들은, 터치 센싱 기간 중에 표시패널에 내장된 다수의 터치 전극 중 적어도 하나 이상의 터치 전극에 제1 구동신호를 인가하고, 표시패널의 하부에 위치하며 적어도 하나의 갭에 의해 표시패널과 이격되고 도전성 재질로 되어 있거나 도전성 재질의 물질을 포함하는 커버로 제1 구동신호와 다른 신호인 제2 구동신호를 인가하는 제1 단계와, 터치 전극을 통해, 표시패널 상에 터치 위치를 센싱하고, 커버와 터치 전극 간의 간격 변화를 센싱하는 제2 단계를 포함하는 터치표시장치의 터치 센싱 방법을 제공할 수 있다.
다른 측면에서, 본 실시예들은, 터치 센싱 기간 중에, 다수의 터치 전극 중 적어도 하나로 제1 구동신호를 인가하고, 표시패널의 하부에 위치하는 커버로 제1 구동신호와 다른 신호인 제2 구동신호를 인가하여, 제1 구동신호가 인가되는 터치 전극과 제2 구동신호가 인가되는 커버 사이에 캐패시턴스가 형성되도록 하는 제1 단계와, 터치 전극을 통해, 표시패널 상에 터치 위치를 센싱하고, 커버와 터치 전극 간의 간격 변화를 센싱하는 제2 단계를 포함하는 터치표시장치의 터치 센싱 방법을 제공할 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 실시예들은, 터치 센싱 기간 중에, 표시패널에 내장된 다수의 터치 전극 중 적어도 하나로 제1 구동신호가 인가되는 동안, 표시패널의 하부에 위치하며 적어도 하나의 갭에 의해 표시패널과 이격된 커버 상에 위치하는 도전성 플레이트로 제1 구동신호와 다른 신호인 제2 구동신호를 인가하는 제1 단계와, 터치 전극을 통해, 표시패널 상에 터치 위치를 센싱하고, 도전성 플레이트와 터치 전극 간의 간격 변화를 센싱하는 제2 단계를 포함하는 터치표시장치의 터치 센싱 방법을 제공할 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 실시예들은, 제1 구동신호 및 제2 구동신호를 공급하는 파워 회로와, 터치 센싱 기간 중에 표시패널에 내장된 다수의 터치 전극 중 적어도 하나 이상의 터치 전극에 제1 구동신호를 인가하는 구동 회로와, 표시패널의 하부에 위치하며 적어도 하나의 갭에 의해 표시패널과 이격되고 도전성 재질로 되어 있거나 도전성 재질의 물질을 포함하는 커버로 제1 구동신호와 다른 신호인 제2 구동신호를 인가해주기 위한 신호 전달 회로와, 터치 전극을 통해, 표시패널 상에 터치 위치를 센싱하고, 커버와 터치 전극 간의 간격 변화를 센싱하는 마이크로 컨트롤 유닛을 포함하는 터치회로를 제공할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 실시예들에 의하면, 다양한 기능을 다양한 형태로 제공하기 위하여, 사용자의 터치 발생 시, 터치 좌표(위치)를 센싱하는 것뿐만 아니라, 사용자가 터치 시 디스플레이 패널을 누르는 터치 포스(Touch Force)를 센싱할 수 있는 터치표시장치의 터치 센싱 방법 및 터치회로를 제공할 수 있다.
또한, 본 실시예들에 의하면, 기존 구성들(예: 터치 전극, 커버 버텀)을 터치 포스 센싱을 위한 포스 센서로 활용함으로써, 별도의 포스 센서를 구성하지 않아도 되기 때문에, 컴팩트 하고 제작이 용이한 터치표시장치의 터치 센싱 방법 및 터치회로를 제공할 수 있다.
도 1은 본 실시예들에 따른 터치표시장치의 개략적인 시스템 구성도이다.
도 2는 본 실시예들에 따른 터치표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 실시예들에 따른 터치표시장치의 동작 모드를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 실시예들에 따른 터치표시장치의 터치 포스를 센싱하기 위한 제1 구동신호 및 제2 구동신호의 예시도이다.
도 5는 본 실시예들에 따른 터치표시장치의 터치 포스 센싱을 위한 구조의 예시도이다.
도 6은 본 실시예들에 따른 터치표시장치의 터치 포스 센싱을 위한 구조의 다른 예시도이다.
도 7은 본 실시예들에 따른 터치표시장치의 터치 포스 센싱을 위한 구조의 또 다른 예시도이다.
도 8은 본 실시예들에 따른 터치표시장치의 터치 포스 센싱을 위한 구조의 또 다른 예시도이다.
도 9는 본 실시예들에 따른 터치표시장치에서, 포스 터치 발생에 따른 갭 크기 변화를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 실시예들에 따른 터치표시장치의 터치 포스 센싱을 위한 구조의 또 다른 예시도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)의 개략적인 시스템 구성도이고, 도 2는 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)의 개략적인 단면도이며, 도 3은 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)의 동작 모드를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)는, 영상 표시 기능과 사용자의 터치를 센싱하는 터치 센싱 기능을 제공하는 표시장치이다.
이러한 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)는, 영상 표시 기능을 제공하기 위하여 디스플레이 모드(Display Mode)로 동작하고, 터치 센싱 기능을 제공하기 위하여 터치 모드(Touch Mode)로 동작한다.
본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)는, 디스플레이 모드로 동작하는 경우, 표시패널(110)에 배치된 데이터 라인들과 게이트 라인들을 구동하여 영상을 표시한다.
본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)는, 터치 모드로 동작하는 경우, 손가락, 펜 등의 포인터에 의해 발생한 터치에 대하여, 터치의 발생 여부와 터치 위치를 센싱하는 터치 위치 센싱 기능뿐만 아니라, 터치 시 표시패널(110)에 가해지는 힘(압력)에 해당하는 터치 포스(Touch Force, 간단하게 "포스"라고도 함)도 센싱하는 터치 포스 센싱 기능도 제공할 수 있다.
본 명세서에서 언급되는 터치(Touch)는 사용자가 포인터로 표시패널(110)에 접촉하는 액션(Action)을 의미한다.
이러한 터치(Touch)는, 표시패널(110)을 누르는 힘(압력)이 없거나 일정 수준 이하인 터치인 "소프트 터치(Soft Touch)"와, 표시패널(110)을 누르는 힘(압력)이 있거나 일정 수준을 초과하는 터치인 "포스 터치(Force Touch)"로 나눌 수 있다.
소프트 터치 또는 포스 터치에 따른 터치 위치("터치 좌표"라고도 함)는 사용자가 표시패널(110)을 터치한 지점의 위치를 의미한다.
또한, 포스 터치에 따른 터치 포스(Touch Force)는 사용자가 터치 시 표시패널(110)을 누르는 힘(압력)을 의미한다.
한편, 사용자가 화면을 터치하는 포인터는, 손가락 등의 인체 일부, 접촉부가 도체로 된 펜 등과 같은 도체 포인터일 수 있으며, 경우에 따라서는, 접촉부가 부도체로 된 펜 등과 같은 부도체 포인터일 수도 있다.
터치 위치를 센싱할 수 있도록 해주는 포인터는 도체 포인터이어야 한다.
이에 비해, 터치 포스를 센싱할 수 있도록 해주는 포인터는 도체 포인터뿐만 아니라 부도체 포인터이어도 무방하다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)는, 터치 위치 센싱 기능을 제공하기 위하여, 표시패널(110)에 내장된 다수의 터치 전극(TE)을 포함한다.
본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)는, 터치 위치 센싱 기능을 제공하기 위하여, 다수의 터치 전극(TE)에 제1 구동신호(DS1)을 순차적으로 인가하고, 각 터치 전극(TE)을 통해 수신되는 신호(RS)를 토대로 각 터치 전극(TE)과 포인터 사이의 캐패시턴스(C1)의 변화를 파악하여, 터치 위치를 센싱할 수 있다.
터치 위치 센싱을 위하여 표시패널(110)에 내장된 다수의 터치 전극(TE)을 "터치 센서(Touch Sensor)"라고 할 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)는, 터치 포스 센싱 기능을 제공하기 위하여, 2가지 전극이 필요하다.
터치 표시 센싱 기능을 제공하기 위한 2가지 전극은, 표시패널(110)에 내장된 다수의 터치 전극(TE)과, 이러한 다수의 터치 전극(TE)와 함께 제2 캐패시턴스(C2)를 형성하기 위한 대응 전극을 포함한다.
대응 전극은 표시패널(100)의 외부에 위치한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)에서는, 일 예로, 표시패널(110) 등의 체결(지지), 조립 및 보호 등을 위한 커버 버텀(CB: Cover Bottom)을 대응 전극으로서 활용할 수 있다.
본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)는, 터치 포스 센싱 기능을 제공하여, 터치 포스를 센싱하기 위하여 정해진 구동 구간 동안, 다수의 터치 전극(TE) 중 적어도 하나에 제1 구동신호(DS1)를 인가하고, 커버 버텀(CB)에도 특정 전압을 갖는 제2 구동신호(DS2)를 인가한다.
터치 포스를 센싱하기 위해 동시에 구동될 수 있는 다수의 터치 전극(TE)과 커버 버텀(CB)을 합쳐서 "포스 센서(Force Sensor)"라고 할 수 있다.
본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)는, 터치 포스를 센싱하기 위한 구동 구간 동안, 다수의 터치 전극(TE) 중 적어도 하나에 제1 구동신호(DS1)를 인가하고, 커버 버텀(CB)에도 특정 전압을 갖는 제2 구동신호(DS2)를 인가한 이후, 적어도 하나의 터치 전극(TE)을 통해 수신되는 신호(RS)를 토대로 터치 포스를 센싱할 수 있다.
이에, 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)는, 터치 위치를 센싱하고 터치 포스를 센싱하기 위한 터치회로(120)를 더 포함할 수 있다.
이러한 터치회로(120)는 다수의 터치 전극(TE)에 제1 구동신호(DS1)를 순차적으로 인가하여 각 터치 전극(TE)을 통해 수신되는 신호(RS)를 토대로 터치 위치를 센싱할 수 있다.
또한, 터치회로(120)는, 커버 버텀(CB)에 특정 전압을 갖는 제2 구동신호(DS2)가 인가된 상태에서 다수의 터치 전극(TE) 중 적어도 하나에 제1 구동신호(DS1)를 인가한 이후, 적어도 하나의 터치 전극(TE)을 통해 수신되는 신호(RS)를 토대로 터치 포스의 유무, 크기 및 레벨 등 중 적어도 하나를 결정함으로써 터치 포스를 센싱할 수 있다.
이러한 터치회로(120)는, 제1 구동신호(DS1) 및 제2 구동신호(DS2)를 공급하는 파워 회로, 제1 구동신호(DS1)를 다수의 터치 전극(TE)에 인가해주기 위한 구동 회로, 제2 구동신호(DS2)를 커버 버텀(CB)에 인가해주기 위한 신호 전달 회로, 각 터치 전극(TE)으로부터 수신되는 신호(RS)를 토대로, 터치 위치를 센싱하거나 터치 포스를 센싱하기 위한 마이크로 컨트롤 유닛 등을 포함할 수 있다.
여기서, 파워 회로, 구동 회로 및 마이크로 컨트롤 유닛 등은 각기 별도의 집적회로로 구현될 수도 있다.
또는, 파워 회로, 구동 회로 및 마이크로 컨트롤 유닛 등 중 둘 이상은 하나의 집적회로로 구현될 수도 있다.
전술한 터치회로(120)를 이용하면, 터치 위치뿐만 아니라 터치 포스도 센싱하기 위한 구동 및 센싱 처리를 수행할 수 있다. 또한, 터치회로(120)는 터치 위치 및 터치 포스를 센싱하기 위하여, 동일한 위치(터치 전극)를 통해 신호를 검출하기 때문에, 신호 검출 구성의 개수가 줄어들 수 있다.
한편, 다수의 터치 전극(TE)은, 터치 모드 구간 동안, 터치 센서와 포스 센서로 동작할 뿐만 아니라, 디스플레이 모드 구간에서 일종의 디스플레이 구동 전압이 인가되는 디스플레이 구동 전극으로도 동작할 수 있다.
예를 들어, 다수의 터치 전극(TE)은 디스플레이 모드 구간 동안 디스플레이 구동 전압에 해당하는 공통 전압(Vcom)이 인가되는 공통 전극일 수 있다.
이와 같이, 다수의 터치 전극(TE)이 디스플레이 구동 전극으로도 활용되는 경우, 다수의 터치 전극(TE)은 터치 센서, 포스 센서 및 디스플레이 구동 전극의 3가지 역할을 하게 된다.
한편, 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동은 시간적으로 분리되어 진행될 수도 있고, 동시에 진행될 수도 있다.
터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동이 동시에 진행되는 경우, 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)는, 다수의 터치 전극(TE)에 제1 구동신호(DS1)를 순차적으로 인가하고, 커버 버텀(CB)에도 특정 전압을 갖는 제2 구동신호(DS2)를 인가한 이후, 각 터치 전극(TE)을 통해 수신되는 신호(RS)를 토대로, 각 터치 전극(TE)과 포인터 사이의 제1 캐패시턴스(C1)의 변화를 파악하여 터치 위치를 결정하고, 각 터치 전극(TE)과 커버 버텀(CB) 사이의 제2 캐패시턴스(C2)의 변화를 파악하여 터치 포스의 유무, 크기 및 레벨 등 중 적어도 하나를 결정할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)는, 터치 위치 및 터치 포스를 센싱하기 위하여, 다수의 터치 전극(TE)을 내장하는 표시패널(110)과, 표시패널(110)의 하부에 위치하는 커버 버텀(CB) 등을 포함할 수 있다.
본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)에서, 커버 버텀(CB)은, 특정 전압을 갖는 제2 구동신호(DS2)가 인가될 수 있도록, 도전성 재질로 되어 있거나 도전성 재질의 물질을 포함할 수 있다.
또한, 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)에서, 터치 포스 센싱을 가능하게 하도록, 표시패널(110)과 커버 버텀(CB) 사이에는 적어도 하나의 갭(G)이 존재할 수도 있다.
전술한 바에 따르면, 터치 위치를 센싱하면서도, 터치 포스도 센싱할 수 있는 터치표시장치(100)를 제공할 수 있다.
또한, 전술한 바에 따르면, 터치 위치를 센싱하기 위한 터치 전극(TE)과 체결(지지), 조립 및 보호 등을 위한 커버 버텀(CB)을 2가지의 포스 센서(Force Sensor)로 그대로 활용함으로써, 터치 포스 센싱을 위한 구성의 개수가 적고, 터치 포스 센싱을 위한 구조가 컴팩트 한 터치표시장치(100)를 제공할 수 있다.
표시패널(110)과 커버 버텀(CB) 사이에 존재하는 적어도 하나의 갭(G)에 의해, 다수의 터치 전극(TE)과 커버 버텀(CB) 사이에는 터치 포스에 따라 제2 캐패시턴스(C2)가 형성될 수 있다.
한편, 표시패널(110)과 커버 버텀(CB) 사이에 존재하는 적어도 하나의 갭(G)의 크기는 터치 포스에 따라 가변될 수 있다.
터치 포스 발생 시, 표시패널(110)과 커버 버텀(CB) 사이에 존재하는 적어도 하나의 갭(G)의 크기가 변함으로써, 터치 전극(TE)과 커버 버텀(CB) 사이의 제2 캐패시턴스(C2)가 터치 포스에 따라 변할 수 있게 되어, 터치 포스를 센싱할 수 있다.
한편, 터치 포스 센싱을 가능하게 하도록, 표시패널(110)과 커버 버텀(CB) 사이에 존재하는 적어도 하나의 갭(G)은, 일 예로, 에어 갭 또는 유전체 갭일 수도 있다.
전술한 바에 따르면, 터치표시장치(100)의 구조에 적합한 형태(에어 갭, 유전체 갭 등)의 갭(G)을 표시패널(110)과 커버 버텀(CB) 사이에 만들어줄 수 있다.
한편, 터치표시장치(100)에서, 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동은, 분리되어 진행되거나 함께 진행될 수도 있다.
터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동이 분리되어 진행되는 경우, 각 터치 모드 구간은 터치 위치를 센싱하기 위한 구동 구간이거나, 터치 포스를 센싱하기 위한 구동 구간일 수 있으며, 터치 위치를 센싱하기 위한 구동 구간과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동 구간을 포함할 수도 있다.
터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동은, 함께 이루어지는 경우, 하나 또는 둘 이상의 터치 모드 구간 동안, 터치 전극(TE)과 커버 버텀(CB)을 함께 구동하여 터치 전극(TE)을 통해 수신되는 신호(RS)를 통해, 터치 위치 및 터치 포스를 함께 센싱한다.
도 4는 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)의 터치 포스를 센싱하기 위한 제1 구동신호(DS1) 및 제2 구동신호(DS2)의 예시도이다.
본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)의 터치 포스를 센싱하기 위하여, 터치 전극(TE)에 인가되는 제1 구동신호(DS1)와 커버 버텀(CB)에 인가되는 제2 구동신호(DS2) 각각은, 펄스 타입의 신호 또는 DC 전압을 갖는 신호일 수 있다.
그 일 예로서, 도 4에 도시된 바와 같이, 터치 전극(TE)에 인가되는 제1 구동신호(DS1)는 V1 전압의 진폭을 갖는 펄스 타입의 신호이고, 커버 버텀(CB)에 인가되는 제2 구동신호(DS2)는 특정 전압(V2)으로서 그라운드 전압을 갖는 신호일 수 있다.
이러한 제1 구동신호(DS1) 및 제2 구동신호(DS2)의 신호 파형에 따라, 터치 전극(TE)과 커버 버텀(CB) 사이에 전압 차이가 발생하여 터치 전극(TE)과 커버 버텀(CB) 사이에 제2 캐패시턴스(C2)가 형성될 수 있고, 터치 포스 센싱을 가능하게 할 수 있다.
전술한 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)는, 액정표시장치, 유기발광표시장치 및 플라즈마 표시장치 등의 다양한 표시장치일 수 있다.
아래에서는, 설명의 편의를 위하여, 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)가 액정표시장치인 경우를 가정하여, 터치 포스 센싱을 위한 보다 상세한 구조를 설명한다.
도 5 내지 도 8은 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)의 터치 포스 센싱을 위한 구조의 예시도들이다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)는, 표시패널(110)과 커버 버텀(CB) 사이에 개재되는 백 라이트 유닛(BLU: Back Light Unit)을 더 포함할 수 있다.
표시패널(110)과 커버 버텀(CB) 사이에 존재하는 적어도 하나의 갭(G)과 관련하여, 표시패널(110)과 백 라이트 유닛(BLU) 사이의 제1 갭(G1)이 존재할 수 있다.
또한, 백 라이트 유닛(BLU)과 커버 버텀(CB) 사이의 제2 갭(G2)이 존재할 수도 있다.
표시패널(110)과 백 라이트 유닛(BLU) 사이의 제1 갭(G1)과 백 라이트 유닛(BLU)과 커버 버텀(CB) 사이의 제2 갭(G2)이 모두 존재할 수도 있다.
표시패널(110)과 백 라이트 유닛(BLU) 사이에 존재하는 제1 갭(G1)은, 표시패널(110)의 상부에서 아래 방향으로 누르는 힘(터치 포스)이 발생하는 경우, 크기가 변할 수 있다.
백 라이트 유닛(BLU)과 커버 버텀(CB) 사이에 존재하는 제2 갭(G2)은, 백 라이트 유닛(BLU)의 벤딩 가능성에 따라, 표시패널(110)의 상부에서 아래 방향으로 누르는 힘(터치 포스)이 발생하는 경우, 크기가 변할 수도 있고 변하지 않을 수도 있다.
한편, 표시패널(110)과 백 라이트 유닛(BLU) 사이의 제1 갭(G1)만 존재하는 경우, 터치 포스 센싱의 효율성 및 정확성을 위해, 표시패널(110)과 백 라이트 유닛(BLU) 사이의 제1 갭(G1)의 크기(두께)가 커질 수 밖에 없고, 이 경우, 백 라이트 유닛(BLU)에서 출광된 빛이 표시패널(110)에 도달하기 전에 유실될 가능성이 높아질 수 있어, 광 특성이 저하될 수 있다.
이뿐만 아니라, 표시패널(110)과 백 라이트 유닛(BLU) 사이의 제1 갭(G1)의 크기(두께)가 커지게 되면, 측면 시야각도 나빠질 수 있다. 이러한 측면 시야각을 넓혀주기 위해서는 베젤(Bezel)을 키워야 하기 때문에, 표시패널(110)과 백 라이트 유닛(BLU) 사이의 제1 갭(G1)의 크기(두께)가 커지게 되면, 네로우 베젤(Narrow Bezel) 디자인 설계를 어렵게 한다.
하지만, 표시패널(110)과 커버 버텀(CB) 사이에 이중 갭 구조를 만들어놓음으로써, 표시패널(110)과 백 라이트 유닛(BLU) 사이의 제1 갭(G1)의 크기(두께)를 줄일 수 있기 때문에, 백 라이트 유닛(BLU)의 광 특성을 향상시켜줄 수 있다.
또한, 표시패널(110)과 커버 버텀(CB) 사이에 이중 갭 구조를 만들어놓음으로써, 표시패널(110)과 백 라이트 유닛(BLU) 사이의 제1 갭(G1)의 크기(두께)를 줄일 수 있기 때문에, 측면 시야각을 넓혀 줄 수 있고 이로 인해 네로우 베젤 디자인 설계를 가능하게 해줄 수 있으며, 화상 품질도 향상시킬 수 있다.
아래에서는, 이중 갭 구조에 대하여 설명한다. 즉, 제1 갭(G1)을 생성하기 위하여 표시패널(110)과 백 라이트 유닛(BLU)을 서로 이격시키는 제1 갭 생성 구조와, 제2 갭(G2)을 생성하기 위하여 백 라이트 유닛(BLU)과 커버 버텀(CB)을 서로 이격시키는 제2 갭 생성 구조에 대하여 설명한다.
먼저, 제2 갭(G2)을 생성하기 위하여 백 라이트 유닛(BLU)과 커버 버텀(CB)을 서로 이격시키는 제2 갭 생성 구조에 대하여 설명한다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 커버 버텀(CB)은, 백 라이트 유닛(BLU)의 하부에 위치한다.
이러한 커버 버텀(CB)은, 백 라이트 유닛(BLU)의 배면과 직접 접촉하여 백 라이트 유닛(BLU)의 배면 전체를 지지하는 것이 아니라, 백 라이트 유닛(BLU)의 배면 테두리 부분만을 지지할 수 있다.
이에 따라, 백 라이트 유닛(BLU)의 배면에서 배면 테두리 부분을 제외한 나머지 부분은, 커버 버텀(CB)과 이격된다. 따라서, 백 라이트 유닛(BLU)과 커버 버텀(CB) 사이에 제2 갭(G2)이 형성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 커버 버텀(CB)의 상면 테두리 부분과 백 라이트 유닛(BLU)의 테두리 부분은, 표시패널(110)의 상부에 터치 포스가 발생하지 않은 경우 제2 갭(G2)의 크기에 해당하는 두께(T)를 갖는 본딩제(500)에 의해 본딩될 수 있다.
즉, 백 라이트 유닛(BLU)과 커버 버텀(CB)이 본딩제(500)의 두께(T)만큼 서로 이격 된다.
이에 따라, 백 라이트 유닛(BLU)과 커버 버텀(CB)이 결합되면서도, 백 라이트 유닛(BLU)과 커버 버텀(CB)이 서로 이격되어 백 라이트 유닛(BLU)과 커버 버텀(CB) 사이에 제2 갭(G2)이 형성될 수 있다.
커버 버텀(CB)의 상면 테두리 부분과 백 라이트 유닛(BLU)의 테두리 부분은, 도 5에 도시된 바와 같이 1개의 본딩제(500)에 의해 본딩될 수도 있지만, 도 6에 도시된 바와 같이 제1 본딩제(510) 및 제2 본딩제(520)를 포함하는 본딩제(500)에 의해 본딩될 수도 있다. 경우에 따라서, 커버 버텀(CB)의 상면 테두리 부분과 백 라이트 유닛(BLU)의 테두리 부분은, 3개 이상의 세부 본딩제를 포함하는 본딩제(500)에 의해 본딩될 수도 있다.
도 6을 참조하면, 본딩제(500)는, 백 라이트 유닛(BLU)의 배면 테두리 부분과 본딩되는 제1 본딩제(510)와, 커버 버텀(CB)의 상면 테두리 부분과 본딩되는 제2 본딩제(520)를 포함할 수 있다.
제1 본딩제(510)와 제2 본딩제(520)는 서로 본딩될 수 있다.
제1 본딩제(510)와 제2 본딩제(520)는 동일한 물질이거나 다른 물질일 수 있다.
예를 들어, 제1 본딩제(510)는 테이프 또는 합성수지(예: PET(Polyethylene Terephthalate)) 등일 수 있다. 제2 본딩제(520)는 합성 수지 또는 테이프일 수 있다.
한편, 도 6을 참조하면, 제1 본딩제(510)의 두께(T1)와 제2 본딩제(520)의 두께(T2)의 합(T1+T2)은, 표시패널(110)의 상부에 터치 포스가 발생하지 않은 경우 제2 갭(G2)의 크기와 대응될 수 있다.
전술한 바에 따르면, 커버 버텀(CB)의 본딩 특성과 백 라이트 유닛(BLU)의 본딩 특성이 다른 경우에, 커버 버텀(CB)과 잘 본딩 되는 제1 본딩제(510)와 백 라이트 유닛(BLU)와 잘 본딩 되는 제2 본딩제(520)를 이용함으로서, 커버 버텀(CB)의 상면 테두리 부분과 백 라이트 유닛(BLU)의 테두리 부분을 보다 잘 본딩시킬 수 있다.
한편, 제1 본딩제(510)의 폭(W1)은, 제2 본딩제(520)의 폭(W2)과 동일할 수도 있고, 도 6에 도시된 바와 같이, 제2 본딩제(520)의 폭(W2)보다 좁을 수도 있다.
전술한 바와 같이, 터치 포스에 따라 제2 갭(G)의 크기도 변하는 경우, 백 라이트 유닛(BLU)의 배면 테두리 부분과 본딩되는 제1 본딩제(510)의 폭(W1)을 제2 본딩제(520)의 폭(W2)보다 더욱 좁게 함으로써, 제2 갭(G)의 크기 변화를 더욱 용이하게 해줄 수 있다.
다음으로, 제1 갭(G1)을 생성하기 위하여 표시패널(110)과 백 라이트 유닛(BLU)을 서로 이격시키는 제1 갭 생성 구조에 대하여 설명한다.
도 7 및 도 8은 커버 버텀(CB)이 백 라이트 유닛(BLU)의 하부뿐만 아니라 측면에서 위치하는 경우에 구조를 나타낸 도면이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 백 라이트 유닛(BLU)는, 광원(미도시), 도광판(732)과, 도광판(732) 상에 위치하는 시트(731)와, 도광판(732)의 하부에 위치하는 반사판(733) 등을 포함할 수 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 커버 버텀(CB)은, 백 라이트 유닛(BLU)의 하부에 위치하는 몸체부(710)와, 몸체부에서 백 라이트 유닛(BLU)의 측면으로 돌출된 돌출부(720)로 이루어질 수 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 커버 버텀(CB)의 돌출부(720)는, 표시패널(110)의 배면 테두리 부분을 지지한다.
이러한 커버 버텀(CB)의 돌출부(720)는, 백 라이트 유닛(BLU)의 상면보다 패널 방향으로 더 돌출되어 표시패널(110)의 배면 테두리 부분을 지지할 수 있다.
이에 따라, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 표시패널(110)의 배면에서 배면 테두리 부분을 제외한 나머지 부분은, 백 라이트 유닛(BLU)의 상면과 이격될 수 있다. 이로써, 표시패널(110)과 백 라이트 유닛(BLU) 사이에 제1 갭(G1)이 만들어질 수 있다.
도 8을 참조하면, 표시패널(110) 상에 커버 글래스(810)가 위치할 수 있다.
도 8을 참조하면, 커버 버텀(CB)의 돌출부(720)의 외측면과 표시패널(110)의 측면에는 접착제(800)가 접착되어 있다.
커버 버텀(CB)의 돌출부(720)의 폭을 좁히는 것이 네로우 베젤 디자인 구현에 유리하다. 이 경우, 커버 버텀(CB)의 돌출부(720)와 표시패널(110)의 배면 테두리 부분을 본딩제 등으로 본딩시키게 되면 본딩력이 약할 수 있다.
따라서, 전술한 바와 같이, 커버 버텀(CB)의 돌출부(720)의 외측면과 표시패널(110)의 측면에 접착제(800)를 접착시킴으로써, 네로우 베젤 디자인 구현을 용이하게 하면서도, 표시패널(110)과 커버 버텀(CB)을 강하게 본딩시킬 수 있다.
도 9는 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)에서, 포스 터치 발생에 따른 갭 크기 변화를 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 포스 터치가 발생하면, 즉, 사용자가 표시패널(110)에 힘을 가해서 누르면, 표시패널(110)이 아래 방향으로 약간 휘게 되어, 포스 터치(Force Touch)가 발생하게 되면, 표시패널(110)과 백 라이트 유닛(BLU) 사이에 존재하는 제1 갭(G1)이 작아지게 된다.
이에 따라, 터치 전극(TE)이 내장된 표시패널(110)과 커버 버텀(CB) 사이에 존재하는 모든 갭(G1, G2)의 총 크기가 작아지게 된다.
따라서, 포스 터치(Force Touch)의 발생에 따라, 터치 전극(TE)과 커버 버텀(CB) 사이의 제2 캐패시턴스(C2)의 변화가 발생한다.
터치회로(120)는 제2 캐패시턴스(C2)의 변화 유무를 토대로 터치 포스의 유무를 결정하거나 제2 캐패시턴스(C2)의 변화량을 토대로 터치 포스의 크기 또는 레벨을 결정함으로써, 터치 포스를 센싱할 수 있다.
이상에서는, 도 1 내지 도 9를 참조하여, 표시패널(110), 백 라이트 유닛(BLU) 등을 조립하고 보호하는 역할을 하는 커버 버텀(CB)이 표시패널(110) 내 터치 전극(TE)과 대응되는 대응 전극 역할을 하여 포스 센서(Force Sensor)의 하나로서 활용되는 터치표시장치(100) 및 그 구조를 설명하였다.
아래에서는, 커버 버텀(CB)이 포스 센서(Force Sensor)의 하나로서 활용되는 것이 아니라, 커버 버텀(CB) 상에 표시패널(110) 내 터치 전극(TE)과 대응되는 대응 전극이 위치하는 터치표시장치(100)를 설명한다.
도 10은 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)의 터치 포스 센싱을 위한 구조의 또 다른 예시도이다.
아래에서는, 도 1 내지 도 9에서의 터치표시장치(100)와 차이가 나는 점을 위주로 설명한다.
도 10을 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)는, 다수의 터치 전극(TE)을 내장하는 표시패널(110)과, 표시패널(110)의 하부에 위치하는 커버 버텀(CB)과, 커버 버텀(CB) 상에 위치하고 특정 전압이 인가되는 도전성 플레이트(1000)를 포함할 수 있다.
여기서, 도전성 플레이트(1000)는, 커버 버텀(CB) 상에 표시패널(110) 내 터치 전극(TE)과 대응되는 대응 전극으로서, 표시패널(110) 내 터치 전극(TE)과 함께, 포스 센서 역할을 한다.
도 10을 참조하면, 표시패널(110)과 도전성 플레이트(1000) 사이에 적어도 하나의 갭(G)이 존재할 수 있다.
도 10을 참조하면, 표시패널(110)의 배면과 백 라이트 유닛(BLU)의 상면 사이에 제1 갭(G1)이 존재할 수 있다. 또한, 백 라이트 유닛(BLU)의 배면과 도전성 플레이트(1000) 사이에 제2 갭(G2)이 존재할 수 있다.
이와 같이, 특정 전압(예: 그라운드 전압)을 갖는 제2 구동신호(DS2)가 커버 버텀(CB)에 인가되지 않고, 커버 버텀(CB) 상에 위치한 도전성 플레이트(1000)에 인가됨으로써, 제2 구동신호(DS2)가 안정적으로 인가될 수 있다. 이에 따라, 터치 포스를 보다 정확하고 안정적으로 센싱할 수 있다.
이상에서 설명한 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)는, 중대형의 표시장치일 수 있고, 스마트 폰 등의 모바일 단일일 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 실시예들에 의하면, 다양한 기능을 다양한 형태로 제공하기 위하여, 사용자의 터치 발생 시, 터치 좌표(위치)를 센싱하는 것뿐만 아니라, 사용자가 터치 시 디스플레이 패널을 누르는 터치 포스(Touch Force)를 센싱할 수 있는 터치표시장치(100)를 제공할 수 있다.
또한, 본 실시예들에 의하면, 기존 구성들(예: 터치 전극(TE), 커버 버텀(CB))을 터치 포스 센싱을 위한 포스 센서로 활용함으로써, 별도의 포스 센서를 구성하지 않아도 되기 때문에, 컴팩트 하고 제작이 용이한 터치표시장치(100)를 제공할 수 있다.
또한, 본 실시예들에 의하면, 화상 품질을 높여줄 수 있는 터치 포스 센싱 구조(이중 갭 구조)를 갖는 터치표시장치(100)를 제공할 수 있다.
또한, 본 실시예들에 의하면, 측면 시야각을 넓혀줄 수 있는 터치 포스 센싱 구조(이중 갭 구조)를 갖는 터치표시장치(100)를 제공할 수 있다.
또한, 본 실시예들에 의하면, 백 라이트 유닛의 광 특성을 향상시켜줄 수 있는 터치 포스 센싱 구조(이중 갭 구조)를 갖는 터치표시장치(100)를 제공할 수 있다.
또한, 본 실시예들에 의하면, 네로우 베젤 디자인을 효과적으로 구현할 수 있는 터치 포스 센싱 구조(이중 갭 구조)를 갖는 터치표시장치(100)를 제공할 수 있다.
이상에서의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 나타낸 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 구성의 결합, 분리, 치환 및 변경 등의 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 터치표시장치
110: 표시패널
120: 터치회로
CB: 커버 버텀(Cover Bottom)
BLU: 백 라이트 유닛(Back Light Unit)

Claims (13)

  1. 터치표시장치의 터치 센싱 방법에 있어서,
    터치 센싱 기간 중에 표시패널에 내장된 다수의 터치 전극 중 적어도 하나 이상의 터치 전극에 제1 구동신호를 인가하고, 상기 표시패널의 하부에 위치하며 적어도 하나의 갭에 의해 상기 표시패널과 이격되고 도전성 재질로 되어 있거나 도전성 재질의 물질을 포함하는 커버로 상기 제1 구동신호와 다른 신호인 제2 구동신호를 인가하는 제1 단계; 및
    상기 터치 전극을 통해, 상기 표시패널 상에 터치 위치를 센싱하고, 상기 커버와 상기 터치 전극 간의 간격 변화를 센싱하는 제2 단계를 포함하는 터치표시장치의 터치 센싱 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 구동신호 및 상기 제2 구동신호 각각은, 펄스 타입의 신호 또는 DC 전압을 갖는 신호인 터치표시장치의 터치 센싱 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 커버에 상기 제2 구동신호가 인가된 상태에서, 상기 다수의 터치 전극 중 적어도 하나에 상기 제1 구동신호를 인가한 이후, 적어도 하나의 터치 전극을 통해 신호를 수신하여 터치 포스의 유무, 크기 및 레벨 중 적어도 하나를 결정하는 터치회로를 더 포함하는 터치표시장치의 터치 센싱 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 구동신호는 펄스 타입의 신호이고,
    상기 제2 구동신호는 DC 전압으로서 그라운드 전압을 갖는 신호인 터치표시장치의 터치 센싱 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 구동신호가 인가되는 상기 터치 전극과 상기 제2 구동신호가 인가되는 상기 커버 사이에 전압 차이가 존재하는 터치표시장치의 터치 센싱 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 표시패널의 상부에 가해지는 터치 포스에 의해 상기 갭의 크기가 가변 되는 터치표시장치의 터치 센싱 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 단계에서, 상기 터치 전극을 통해 수신되는 신호를 토대로, 상기 터치 위치뿐만 아니라, 상기 간격 변화에 대응되는 터치 포스도 센싱하는 터치표시장치의 터치 센싱 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 터치 센싱 기간은,
    상기 터치 위치를 센싱하기 위한 구간과 터치 포스를 센싱하기 위한 구간을 포함하되, 상기 터치 위치를 센싱하기 위한 구간과 터치 포스를 센싱하기 위한 구간은 시간적으로 분리되어 진행되는 터치표시장치의 터치 센싱 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 터치 센싱 기간은,
    상기 터치 위치를 센싱하기 위한 구간과 터치 포스를 센싱하기 위한 구간을 포함하되, 상기 터치 위치를 센싱하기 위한 구간과 터치 포스를 센싱하기 위한 구간은 동시에 진행되는 터치표시장치의 터치 센싱 방법.
  10. 터치표시장치의 터치 센싱 방법에 있어서,
    터치 센싱 기간 중에, 다수의 터치 전극 중 적어도 하나로 제1 구동신호를 인가하고, 표시패널의 하부에 위치하는 커버로 상기 제1 구동신호와 다른 신호인 제2 구동신호를 인가하여, 상기 제1 구동신호가 인가되는 터치 전극과 상기 제2 구동신호가 인가되는 커버 사이에 캐패시턴스가 형성되도록 하는 제1 단계; 및
    상기 터치 전극을 통해, 상기 표시패널 상에 터치 위치를 센싱하고, 상기 커버와 상기 터치 전극 간의 간격 변화를 센싱하는 제2 단계를 포함하는 터치표시장치의 터치 센싱 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 표시패널의 상부에 힘이 가해지면 상기 캐패시턴스가 변화되는 터치표시장치의 터치 센싱 방법.
  12. 터치표시장치의 터치 센싱 방법에 있어서,
    터치 센싱 기간 중에, 표시패널에 내장된 다수의 터치 전극 중 적어도 하나로 제1 구동신호가 인가되는 동안, 상기 표시패널의 하부에 위치하며 적어도 하나의 갭에 의해 상기 표시패널과 이격된 커버 상에 위치하는 도전성 플레이트로 상기 제1 구동신호와 다른 신호인 제2 구동신호를 인가하는 제1 단계; 및
    상기 터치 전극을 통해, 상기 표시패널 상에 터치 위치를 센싱하고, 상기 도전성 플레이트와 상기 터치 전극 간의 간격 변화를 센싱하는 제2 단계를 포함하는 터치표시장치의 터치 센싱 방법.
  13. 제1 구동신호 및 제2 구동신호를 공급하는 파워 회로;
    터치 센싱 기간 중에 표시패널에 내장된 다수의 터치 전극 중 적어도 하나 이상의 터치 전극에 상기 제1 구동신호를 인가하는 구동 회로;
    상기 표시패널의 하부에 위치하며 적어도 하나의 갭에 의해 상기 표시패널과 이격되고 도전성 재질로 되어 있거나 도전성 재질의 물질을 포함하는 커버로 상기 제1 구동신호와 다른 신호인 상기 제2 구동신호를 인가해주기 위한 신호 전달 회로; 및
    상기 터치 전극을 통해, 상기 표시패널 상에 터치 위치를 센싱하고, 상기 커버와 상기 터치 전극 간의 간격 변화를 센싱하는 마이크로 컨트롤 유닛을 포함하는 터치회로.
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